Логічна організація файлової системи

Однієї з основних завдань операційної системи є надання зручностей користувачеві при роботі з даними, що зберігаються на дисках. Для цього ОС підмінює фізичну структуру даних ,що зберігаються, деякої зручної для користувача логічною моделлю. Логічна модель файлової системи матеріалізується у вигляді дерева каталогів, виведеного на екран такими утилітами, як Norton Commander або Windows Explorer, у символьних складених іменах файлів, у командах роботи з файлами. Базовим елементом цієї моделі є файл, що так само, як і файлова система в цілому, може характеризуватися як логічної, так і фізичною структурою.

Мети й завдання файлової системи

Файл — це іменована область зовнішньої пам'яті, у яку можна записувати й з якої можна зчитувати дані. Файли зберігаються в пам'яті, на залежній від енергоживлення, звичайно - на магнітних дисках. Однак немає правил без винятку. Одним з таких виключень є так званий електронний диск, коли в оперативній пам'яті створюється структура, що імітує файлову систему.

Основні цілі використання файлу перераховані нижче.

• Довгострокове й надійне зберігання інформації. Тривалість досягається за рахунок використання запам'ятовувальних пристроїв, що не залежать від живлення, а висока надійність визначається засобами захисту доступу до файлів і загальною організацією програмного коду ОС, при якій збої апаратур найчастіше не руйнують інформацію, що зберігається у файлах.

• Спільне використання інформації. Файли забезпечують природний і легкий спосіб поділу інформації між додатками й користувачами за рахунок наявності зрозумілого людині символьного імені й сталості збереженої інформації й розташування файлу. Користувач повинен мати зручні засоби роботи з файлами, включаючи каталоги-довідники, що поєднують файли в групи, засоби пошуку файлів за ознаками, набір команд для створення, модифікації й видалення файлів. Файл може бути створений одним користувачем, а потім використатися зовсім іншим користувачем, при цьому творець файлу або адміністратор можуть визначити права доступу до нього інших користувачів. Ці мети реалізуються в ОС файловою системою.

Файлова система (ФС) — це частина операційної системи, що включає:

• сукупність всіх файлів на диску;

• набори структур даних, використовуваних для керування файлами, такі, наприклад, як каталоги файлів, дескриптори файлів, таблиці розподілу вільного й зайнятого простору на диску;

• комплекс системних програмних засобів, що реалізують різні операції над файлами, такі як створення, знищення, читання, запис, іменування й пошук файлів.

Файлова система дозволяє програмам обходитися набором досить простих операцій для виконання дій над деяким абстрактним об'єктом, що представляє файл. При цьому програмістам не потрібно мати справу з деталями дійсного розташування даних на диску, буферизацією даних й іншими низькорівневими проблемами передачі даних з довгострокового запам'ятовувального пристрою. Всі ці функції файлова система бере на себе. Файлова система розподіляє дискову пам'ять, підтримує іменування файлів, відображає імена файлів у відповідні адреси в зовнішній пам'яті, забезпечує доступ до даних, підтримує поділ, захист і відновлення файлів.

Таким чином, файлова система відіграє роль проміжного шару, що екранує всі складності фізичної організації довгострокового сховища даних, і більше просту логічну модель, що створює для програм, цього сховища, а також надаючи їм набір зручних у використанні команд для маніпулювання файлами.

Завдання, розв'язувані ФС, залежать від способу організації обчислювального процесу в цілому. Найпростіший тип - це ФС в однокористувальницькі й однопрограмних ОС, до числа яких ставиться, наприклад, MS-DOS. Основні функції в такий ФС націлені на рішення наступних завдань:

• іменування файлів;

• програмний інтерфейс для додатків;

• відображення логічної моделі файлової системи на фізичну організацію сховища даних;

• стійкість файлової системи до збоїв живлення, помилкам апаратних і програмних засобів.

Завдання ФС ускладнюються в операційних однокористувальницьких мультипрограмних ОС, які, хоча й призначені для роботи одного користувача, але дають йому можливість запускати одночасно кілька процесів. Однієї з перших ОС цього типу стала OS/2. До перерахованого вище завданням додається нове завдання спільного доступу до файлу з декількох процесів. Файл у цьому випадку є поділюваним ресурсом, а виходить, файлова система повинна вирішувати весь комплекс проблем, пов'язаних з такими ресурсами. Зокрема, у ФС повинні бути передбачені засоби блокування файлу і його частин, запобігання гонок, виключення тупиків, узгодження копій і т.п.

У багатокористувальницьких системах з'являється ще одне завдання, захист файлів одного користувача від несанкціонованого доступу іншого користувача.

Ще більш складними стають функції ФС, що працює в складі мережний ОС. Ця тема розглядається в останній главі книги, присвяченої керуванню мережними ресурсами.